專利名稱：用于功率器件的溝槽結構及其制造方法
技術領域：
本發明涉及功率器件的結構和制造方法，特別涉及一種用于功率器件的溝槽結 構及其制造方法。
背景技術：
為了縮小功率器件的尺寸，改善功率器件的性能，溝槽結構被引入到功率器件 中。如溝槽金屬氧化物半導體場效應晶體管(Trench MOSFET)、溝槽絕緣柵雙極晶體管 (Trench IGBT)、溝槽MOS控制晶閘管(Trench MCT)等類似器件。在溝槽技術方面，不論是應用在MOSFET器件、還是應用在IGBT或者其它 功率器件方面，都已有了較多的專利。就實現溝槽底部絕緣介質膜厚度比溝槽側壁 絕緣介質膜厚的專利中，以氮化硅薄膜作為側壁保護的專利已有多項1、美國專利 (US4,914,058)公開了一種以氮化硅薄膜作為側壁保護，在溝槽底部做二次溝槽刻蝕，并 在底部局部熱氧化生長厚氧化硅薄膜，實現溝槽側壁和底部不同氧化硅薄膜厚度的結構 及其制造方法。2、美國專利(US5,442,214)公開了一種以氮化硅薄膜做溝槽側壁保護， 將溝槽側壁薄氧化硅薄膜覆蓋，在溝槽底部生長厚氧化硅薄膜，氮化硅薄膜仍保留在溝 槽側壁，實現溝槽側壁和底部不同氧化硅薄膜厚度的結構及其制造方法。3、美國專利 (US5,473,176)公開了一種溝槽上部為V字形結構、側壁氧化硅薄膜厚度漸變，下部為 垂直溝槽、由氮化硅薄膜作為側壁保護，以干法刻蝕去除底部的氮化硅及其下面的氧化 硅，再在溝槽底部生長比側壁更厚的氧化硅薄膜，然后去除側壁的氮化硅薄膜，之后再 生長氧化硅薄膜，實現溝槽側壁和底部不同氧化硅薄膜厚度的溝槽結構及其制造方法。 4、美國專利(US5,770,878)公開了一種以氮化硅薄膜做溝槽的側壁保護，將溝槽側壁薄 氧化硅薄膜覆蓋，在溝槽底部生長厚氧化硅薄膜，以原氮化硅薄膜下的薄氧化硅薄膜和 溝槽底部的厚氧化硅薄膜作為絕緣介質膜，實現溝槽側壁和底部不同氧化硅薄膜厚度的 結構和制造方法。參照附圖1、2、3、4，在上述發明專利中，附圖1所示的結構下厚氧化硅薄膜 101是在下部溝槽102刻蝕后氧化形成的，薄氧化硅薄膜103是上部溝槽104形成后氧化 形成的，在下部溝槽處理后保留了下來，最后填入摻雜多晶硅105;附圖2所示的結構下 厚氧化硅薄膜201是在溝槽底部二次溝槽刻蝕后氧化形成的，作為二次溝槽側壁保護的 氮化硅薄膜202及其覆蓋的薄氧化硅薄膜203被保留了下來，之后在溝槽內填入多晶硅薄 膜204，將溝槽外多晶硅薄膜刻蝕后，在溝槽表面覆蓋一層氧化硅薄膜205 ；附圖3所示 的結構是先形成上部三角形溝槽301及氧化硅薄膜302，之后再以干法刻蝕形成下部U型 溝槽303，氧化后在下部溝槽表面形成薄氧化硅薄膜304，以氮化硅薄膜作為掩蔽在溝槽 底部選擇性氧化形成厚氧化硅薄膜305，去除氮化硅薄膜后保留側壁薄氧化硅薄膜304， 最后在溝槽中填入摻雜多晶硅305;附圖4所示的結構是先形成溝槽401，之后氧化形成 很薄氧化硅薄膜，并以氮化硅薄膜作為掩蔽，在溝槽底部選擇性氧化形成厚氧化硅薄膜 402，去除氮化硅薄膜后，在原氮化硅下很薄的氧化硅薄膜基礎上繼續氧化形成薄氧化硅薄膜403，最后在溝槽中填入摻雜多晶硅薄膜404。在上述的發明專利中，仍存在一定的不足。美國專利US4,914,058和 US5,770,878的不足之處在于，氮化硅薄膜下的氧化硅薄膜最后保留了下來，以保持比底 部氧化硅薄膜薄的狀態，美國專利US5,473,176在最后進行氧化形成側壁薄氧化硅薄膜時 也沒有去除原氮化硅薄膜下的氧化硅薄膜。而在對溝槽底部和硅片表面氮化硅薄膜進行 干法刻蝕時，氮化硅薄膜下的這層氧化硅薄膜容易在工藝中發生劣化，尤其當氮化硅薄 膜刻蝕完該層氧化硅暴露在等離子體環境中時，這樣的劣化容易導致柵極-源極，或者 柵極_發射極之間的漏電流增大。美國專利US5,442,214的不足之處在于，氮化硅薄膜 仍被保留在溝槽側壁，這給器件的閾值電壓和柵極-源極間電容Cgs，或者柵極-發射極 間電容Cge增加了變動的因素，也就是說，這些電參數除了受到氧化硅薄膜變動的影響 外，還會受到氮化硅薄膜變動的影響；同時，也存在前述的氮化硅薄膜下氧化硅的劣化 問題。美國專利US5,473,176的不足之處在于，一方面，下部溝槽與上部V字形結構間 較難對準，容易因套刻上的偏離產生兩側V字形絕緣介質膜厚度的差異，從而使器件性 能發生變化；另一方面，下部溝槽底部氮化硅薄膜刻蝕后，繼續以干法刻蝕將氧化硅薄 膜刻蝕完的方法，容易在露出的硅表面上產生損傷缺陷，并容易在后續的高溫氧化條件 下向器件內生長，導致器件漏電。
發明內容
為了克服上述現有技術存在的缺陷和不足，本發明公開了一種用于功率器件的 溝槽結構及其制造方法。本發明公開的溝槽結構可應用于多種功率器件中，具有溝槽結 構的功率器件，可以通過溝槽結構將橫向的溝道、或者其它橫向結構部分，改為縱向溝 道、或者以縱向結構來實現，這樣可以將這些部分的橫向尺寸縮小，從而實現整體芯片 尺寸的縮小；或者在相同尺寸的情況下，放置更多的單元和部分，從而可以達到提高電 流密度，降低導通電壓，改善器件電特性的效果。本發明溝槽結構的特點是根據設計的需要，在硅片表面以各向異性的方法刻 蝕出溝槽，填入一層絕緣介質層，通常為氧化硅薄膜，或者氮化硅薄膜，或者這些薄膜 的組合，然后在絕緣介質膜之上生長一層導電性能好的多晶硅薄膜，最后以刻蝕或者化 學機械拋光(CMP)方法去除溝槽外多余的多晶硅薄膜。根據功率器件和溝槽結構的特點可知在溝槽底部由于其特別的形狀，使電場 在此位置易于集中，需要更厚的絕緣介質膜厚度以防止器件在此擊穿；另外，溝槽底部 更厚的絕緣介質膜厚度可以降低柵-漏電極之間的寄生電容Cgd或者柵-集電極之間的寄 生電容Cgc，這有利于改善器件性能。因此，通常要求實現這樣的結構，即溝槽底部的 絕緣介質層厚度大于等于溝槽側壁的絕緣介質層厚度，比較典型地取1 1.2倍。溝槽側 壁氧化硅薄膜厚度薄，為了降低溝槽側壁的漏電，溝槽側壁缺陷消除，生長致密、高質 量的側壁氧化硅薄膜也非常重要。襯底，或者外延硅片不同晶向的面，氧化速率各有不同。通常晶向為100的面 氧化速率比110慢，而110面則比111慢。因此選取溝槽側壁晶向為100，底部晶向也為 100 ；或者側壁晶向為100，底部晶向為110;或者側壁晶向為110，底部晶向為111，都 可以實現在相同的熱處理條件下，溝槽底部生長的氧化硅薄膜大于或者等于側壁生長的氧化硅薄膜厚度。適當選取晶向，還可以實現溝槽底部拐角與頂部拐角處生長的氧化硅 薄膜比側壁生長的氧化硅薄膜厚。另外，選取溝槽側壁為100晶向，可以使側壁硅氧化 速率更慢，氧化硅薄膜更加致密，界面處硅表面遷移率更高，性能更好。本發明采用各向異性干法刻蝕(通常是反應離子刻蝕即RIE)的方法刻蝕溝槽， 溝槽寬度和深度可控，側壁豎直或者略微順坡，底部無明顯凸起和凹陷；經犧牲氧化工 藝和底部選擇性氧化工藝后，側壁依然豎直或者略微順坡，但底部變得圓滑，且生長了 一層較厚的氧化硅薄膜；在完成本發明的最后一步氧化工藝后，實現了側壁高質量氧化 硅薄膜的生長，且達到了側壁氧化硅薄膜薄、底部圓滑、氧化硅薄膜厚的結構特點。溝槽干法刻蝕之后，在溝槽的硅表層存在著損傷缺陷，本發明采用犧牲氧化去 除了這些損傷缺陷；另外，在溝槽底部氮化硅薄膜干法刻蝕時，雖然氮化硅干法刻蝕存 在一定的過刻蝕量，以保證氮化硅薄膜在一定的工藝波動時仍能被充分刻蝕干凈，但溝 槽底部氮化硅下仍保留了一定厚度的氧化硅薄膜，從而防止了干法刻蝕對硅表面帶來損 傷。根據器件要求，這層保留下來的氧化硅薄膜也可以通過濕法腐蝕去除。在本發明的最后一步氧化工藝完成后，此時的溝槽上部與溝槽下部具有相同的 寬度，或者溝槽上部比溝槽下部的寬度略寬。然后以導電性能好的摻雜多晶硅薄膜充 填溝槽，且溝槽內無空洞、無縫隙；或者以非摻雜多晶硅薄膜充填溝槽，以離子注入、 或者高溫擴散的方法將雜質摻入非摻雜多晶硅薄膜中，形成導電性能好的摻雜多晶硅薄 膜，且溝槽內無空洞、無縫隙。之后以氣體等離子體干法刻蝕方法去除溝槽外的摻雜多 晶硅薄膜，或者以化學機械拋光(CMP)方法去除溝槽外摻雜多晶硅薄膜，保持溝槽處硅 片表面無臺階，或者有較小的臺階。本發明為實現上述目的所采取的技術方案是一種用于功率器件的溝槽結構， 其特征是在硅片上的側壁豎直或者側壁略微順坡且順坡角度e =80 90°、底部圓 滑的溝槽中有一層選擇生長的底部厚的氧化硅薄膜和側壁薄的氧化硅薄膜，在溝槽中氧 化硅薄膜之上無隙填充多晶硅薄膜，在溝槽處硅片表面形成無臺階或者形成在1000埃以 內的較小臺階形貌，在溝槽外的硅片表面上留下一層氧化硅薄膜。一種用于功率器件的溝槽結構制造方法，其特征是包括如下步驟(1)、選擇硅片;(2)、掩蔽圖形形成；溝槽刻蝕、去膠或者掩蔽膜去除；(3)、清洗、犧牲氧化、氧化硅刻蝕；(4)、清洗、氧化、氮化硅生長；氮化硅干法刻蝕；(5)、清洗、氧化；氧化硅刻蝕、氮化硅刻蝕、氧化硅刻蝕；(6)、清洗、氧化；(7)、多晶硅淀積；(8)、溝槽多晶硅去除。本發明所產生的有益效果是本發明公開的溝槽結構具有側壁豎直或者略微順 坡、氧化硅薄膜薄，底部圓滑、氧化硅薄膜厚，硅界面缺陷消除，側壁氧化硅薄膜質量 高，溝槽內氧化硅薄膜之上無隙填充導電性能好的多晶硅薄膜，溝槽處表面臺階小等特 點。本發明公開的溝槽制造方法不存在溝槽套刻問題，并去除了劣化的氮化硅薄膜下 的氧化硅薄膜，未保留影響閾值電壓的氮化硅薄膜，溝槽底部硅表面不存在刻蝕損傷。該制造方法工藝簡單、穩定，易于實現；制造出的器件具有面積小，電特性性能好等優 點。從而滿足市場對溝槽型功率器件的高品質需求。
圖1 以前發明(US4,914,058)的溝和_結構示意圖。
圖2:以前發明(US5,442,214)的溝和_結構示意圖。
圖3:以前發明(US5,473,176)的溝和_結構示意圖。
圖4:以前發明(US5,770,878)的溝和_結構示意圖。
圖5:本發明溝槽結構示意圖。
圖6A 6J:本發明溝槽結構的制造實施方案示意圖
圖7:本發明溝槽結構的一種制造方法流程圖。
圖8 本發明溝槽結構的另一種制造方法流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明參照圖5，用于功率器件的溝槽結構是在硅片500上的側壁豎直或者側壁略微順 坡且順坡角度e =80 90°、底部圓滑的溝槽(寬微米或者亞微米、深度1 10微 米)501中有一層選擇生長的底部厚的氧化硅薄膜502和側壁薄的高質量氧化硅薄膜503， 在溝槽501中氧化硅薄膜503之上無隙填充導電性能好的摻雜多晶硅薄膜504，在溝槽處 硅片表面的多晶硅薄膜被去除后，硅片表面形成無臺階或者形成在1000埃以內的較小臺 階形貌505，去除溝槽外多晶硅薄膜時，硅片表面上留下一層氧化硅薄膜506，以確保硅 表面不受損傷。本發明公開的用于功率器件的溝槽結構制造方法包括兩種，兩種制造方法的根 本區別在于上述八個步驟中的的第二步驟。以下參照圖6A 6H和圖7，本發明其中一 種用于功率器件的溝槽結構制造方法的具體工藝步驟如下1、選擇硅片選擇用于實現溝槽底部、溝槽底部拐角與頂部拐角處生長出比溝 槽側壁更厚的氧化硅薄膜的不同晶向的襯底，或者外延硅片，根據器件要求，選擇適當 晶向的直拉(CZ)或者區熔(FZ)襯底硅片，或者外延硅片，選擇硅片表面為100面，定 位平邊(OrientationFlat)切面也是100面；或者選擇硅片表面為110面，定位平邊切面是 100面；或者選擇硅片表面為111面，定位平邊切面是110面，作為本發明使用的硅片 (圖6A 6H之600)，硅片表面為拋光面(圖6A 6H之601)，用氨水、鹽酸添加一定 量雙氧水清洗硅片并保持硅片潔凈。2、掩蔽圖形形成在硅片表面先生長一層氧化硅做掩蔽薄膜，或者生長一層氮 化硅做掩蔽薄膜，然后利用光刻膠做掩蔽，利用四氟化碳、三氟甲烷氣體等離子體對掩 蔽薄膜進行干法刻蝕，或者利用氫氟酸緩蝕液，或者熱磷酸與氫氟酸緩蝕液組合化學藥 液對掩蔽薄膜進行濕法腐蝕，之后，以光刻膠和掩蔽薄膜作為掩蔽，或者去除光刻膠， 以此圖形的掩蔽薄膜作為掩蔽。以高溫干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合方式，或者 以低壓化學汽相淀積(LPCVD)方法，或者等離子化學汽相淀積方法在硅片表面601上生長氧化硅薄膜，或者氧化硅薄膜與氮化硅薄膜的組合，在此稱為掩蔽膜(圖6A之602)。 在掩蔽膜602上涂上一層光刻膠，或者其它抗蝕劑(圖6A之603)，以曝光、顯影或者類 似的方法在光刻膠，或者其它抗蝕劑603上形成所需要的圖形。以形成圖形的光刻膠， 或者其它抗蝕劑603做掩蔽，利用四氟化碳、三氟甲烷，或者六氟化硫、三氟甲烷，或 者它們的組合氣體和其它一些添加氣體的混合氣體產生的等離子體干法刻蝕，或者利用 氫氟酸緩蝕液，或者熱磷酸與氫氟酸緩蝕液組合的濕法腐蝕方法，將未被掩蔽地方的掩 蔽膜602刻蝕干凈，之后以熱硫酸、雙氧水混合藥液腐蝕的方法，或者以氧氣等離子體 灰化和熱硫酸、雙氧水混合藥液腐蝕組合的方法去除光刻膠，或者其它抗蝕劑603;或 者保留光刻膠，或者其它抗蝕劑603在掩蔽膜602上。3、溝槽刻蝕、掩蔽膜去除利用三氟化氮，或者氯氣氣體等離子體對硅片表層 進行各向異性的干法刻蝕，形成溝槽，然后去除以光刻膠和掩蔽膜做掩蔽的光刻膠和掩 蔽膜，或者去除以掩蔽膜做掩蔽的掩蔽膜。以掩蔽膜602作為掩蔽，利用三氟化氮，或者氯氣，或者六氟化硫，或者它們 的組合氣體和其它一些添加氣體的混合氣體產生的等離子體，各向異性地對硅片表面601 進行干法刻蝕(通常為反應離子刻蝕即RIE)，形成寬度、深度滿足設計要求的溝槽(圖 6B 6H之604)，硅片表面601留下干法刻蝕剩余的掩蔽膜(圖6B之605)，或者其上 的光刻膠，或者其它抗蝕劑。以熱硫酸、雙氧水混合藥液腐蝕的方法，或者以氧氣等離 子體灰化和熱硫酸、雙氧水混合藥液腐蝕組合的方法去除光刻膠，或者其它抗蝕劑；以 氫氟酸緩蝕液，或者熱磷酸與氫氟酸緩蝕液組合的濕法腐蝕方法去除干法刻蝕剩余的掩 蔽膜605。4、清洗，犧牲氧化，氧化硅刻蝕用氨水、鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片， 然后在高溫下對硅片表面和溝槽內進行濕式氧化，在硅片表面、溝槽側壁和底部生長一 層氧化硅薄膜，之后，用氫氟酸緩蝕液化學藥液濕法腐蝕，完全去除本次生長的氧化硅 薄膜。用氨水、鹽酸添加一定量雙氧水的化學藥液對硅片表面601上和溝槽604內進行 清洗，并以高溫干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合方式在硅片 表面和溝槽604中生長一層氧化硅薄膜(圖6C之606)，之后以氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕方 法去除這層氧化硅薄膜606。5、清洗，氧化，氮化硅生長用氨水、鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片，然后 在高溫下對硅片表面和溝槽內進行干式氧化或者濕式氧化，在硅片表面、溝槽側壁和底 部生長一層氧化硅薄膜，之后，再在高溫下，在氧化硅薄膜之上生長一層氮化硅薄膜。用氨水、鹽酸添加一定量雙氧水的化學藥液對硅片表面601和溝槽604進行清 洗，并在硅片表面601和溝槽604中以高溫干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕 式氧化的組合方式生長一層較薄的氧化硅薄膜(圖6D之607)，用二氯硅烷、氨氣及其它 一些添加氣體，以低壓化學汽相淀積(LPCVD)方法在氧化硅薄膜607之上生長一層氮化 硅薄膜(圖6D之608)。6、氮化硅干法刻蝕利用四氟化碳、三氟甲烷氣體等離子體對硅片表面、溝 槽底部進行各向異性的干法刻蝕，去除這些地方的氮化硅薄膜，保留側壁上的氮化硅薄 膜，或者，在用干法刻蝕去除硅片表面、溝槽底部的氮化硅薄膜之后，用氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕，完全去除溝槽底部的氧化硅薄膜。利用六氟化硫、三氟甲烷和其它一些添加氣體的混合氣體，或者利用四氟化 碳、三氟甲烷和其它一些添加氣體的混合氣體，對硅片表面601、溝槽604底部選擇性地 進行干法刻蝕(通常是反應離子刻蝕即RIE)，去除這些地方的氮化硅薄膜608，保留側壁 上的氮化硅薄膜608。或者，在用干法刻蝕去除硅片表面601、溝槽604底部的氮化硅薄 膜之后，用氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕完全去除溝槽底部的氧化硅薄膜607。7、清洗，氧化用氨水、鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片，在高溫下對硅片表 面、溝槽內進行干式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合，在硅片表面、溝槽底部生 長一層氧化硅薄膜。用氨水、鹽酸添加一定量雙氧水清洗硅片表面601，并在硅片表面601和溝槽 604中以高溫干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合方式生長一層較 厚的氧化硅薄膜(圖6E之609)。8、氧化硅刻蝕，氮化硅刻蝕，氧化硅刻蝕用氫氟酸緩蝕液，熱磷酸化學藥液 去除氮化硅薄膜表面的氧化硅薄膜、氮化硅薄膜和完全去除溝槽側壁的氧化硅薄膜，在 硅片表面和溝槽底部留下一層氧化硅薄膜。用氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕去除氮化硅薄膜608表面的氧化硅薄膜，用熱磷酸藥 液完全去除氮化硅薄膜608，再用氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕完全去除溝槽側壁的氧化硅薄膜 607，在硅片表面和溝槽底部保留一層氧化硅薄膜。9、清洗，氧化用氨水、鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片，在高溫下對硅片表 面、溝槽內進行干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合，在硅片表 面、溝槽內生長一層氧化硅薄膜。用氨水、鹽酸添加一定量雙氧水清洗硅片表面601，在高溫下對硅片表面601、 溝槽內604進行干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合，在溝槽側 壁生長一層氧化硅薄膜(圖6F之610)，在硅片表面、溝槽底部原來氧化硅薄膜的基礎上 形成更厚的氧化膜薄膜(圖6F之611)。10、多晶硅淀積高溫下在硅片表面和溝槽內無隙、致密地生長一層摻雜多晶 硅薄膜；或者高溫下在硅片表面和溝槽內無隙、致密地生長一層無摻雜多晶硅薄膜，再 通過離子注入，或者高溫擴散，將雜質導入多晶硅薄膜，形成導電性能好的摻雜多晶硅 薄膜。用硅烷、磷烷和其它一些添加氣體的混合氣體，高溫下以低壓化學汽相淀積 (LPCVD)方法在硅片表面601和溝槽604內無隙、致密地生長一層摻雜多晶硅薄膜(圖 6G之612)；或者利用硅烷和其它一些添加氣體的混合氣體，高溫下以低壓化學汽相淀積 (LPCVD)方法在硅片表面601和溝槽604內無隙、致密地生長一層無摻雜多晶硅薄膜， 再通過離子注入，或者利用磷烷和其它一些添加氣體的混合氣體，高溫下將雜質擴散進 入多晶硅薄膜，形成摻雜多晶硅薄膜。11、溝槽外多晶硅去除利用氯氣氣體等離子體干法刻蝕，或者化學機械拋光 將硅片表面的摻雜多晶硅去除，保留溝槽內的摻雜多晶硅薄膜。以氯氣、溴化氫和其它一些添加氣體的混合氣體產生的等離子體，將硅片表面 601的摻雜多晶硅612去除，多晶下氧化硅薄膜611被過刻蝕，但仍具有一定厚度的氧化硅薄膜(圖6H之613)，保留溝槽604內生長的多晶硅薄膜612，并確保溝槽處硅片表面 的基本平整(614)；或者以化學機械拋光(CMP)的方法對溝槽外摻雜多晶硅薄膜612進 行研磨，去除溝槽外硅片表面601上的摻雜多晶硅薄膜612，留下一定厚度的氧化硅薄膜 613，在溝槽處保持形貌基本平整614。以下參照圖6C 6H、61、6J和圖8，本發明的另一種用于功率器件的溝槽結構 制造方法的具體工藝步驟如下1、硅片的選擇選擇用于實現溝槽底部、溝槽底部拐角與頂部拐角處生長出比 溝槽側壁更厚的氧化硅薄膜的不同晶向的襯底，或者外延硅片，根據器件要求，選擇適 當晶向的直拉(CZ)或者區熔(FZ)襯底硅片，或者外延硅片，選擇硅片表面為100面， 定位平邊(OrientationFlat)切面也是100面；或者選擇硅片表面為110面，定位平邊切面 是100面；或者選擇硅片表面為111面，定位平邊切面是110面，作為本發明使用的硅片 (圖6C 6H、61、6J之600)，硅片表面為拋光面(圖6C 6H、61、6J之601)，用氨 水、鹽酸添加一定量雙氧水清洗硅片并保持硅片潔凈。2、掩蔽圖形形成在硅片表面涂上一層光刻膠，以曝光、顯影方法在光刻膠上 形成所需要的圖形。直接在硅片表面601上涂上一層光刻膠，或者其它抗蝕劑(圖61之615)，以曝 光、顯影或者類似的方法在光刻膠，或者其它抗蝕劑615上形成所需要的圖形。3、溝槽刻蝕、去膠利用光刻膠做掩蔽，利用三氟化氮，或者氯氣氣體等離子 體對硅片表層進行各向異性的干法刻蝕，形成溝槽，然后去除光刻膠。以形成圖形的光刻膠，或者其它抗蝕劑615作為掩蔽，利用三氟化氮，或者氯 氣，或者六氟化硫，或者它們的組合氣體和其它一些添加氣體的混合氣體產生的等離子 體，各向異性地對硅片表面進行干法刻蝕(通常為反應離子刻蝕即RIE)，形成寬度、深 度滿足設計要求的溝槽(圖6J、6C 6H之604)，硅片表面601上留下刻蝕剩余的光刻 膠，或者其它抗蝕劑(圖6J之616)。以熱硫酸、雙氧水混合藥液腐蝕的方法，或者以氧 氣等離子體灰化和熱硫酸、雙氧水混合藥液腐蝕組合的方法去除光刻膠或者其它抗蝕劑 616。4、清洗，犧牲氧化，氧化硅刻蝕用氨水、鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片， 然后在高溫下對硅片表面和溝槽內進行濕式氧化，在硅片表面、溝槽側壁和底部生長一 層氧化硅薄膜，之后，用氫氟酸緩蝕液化學藥液濕法腐蝕，完全去除本次生長的氧化硅 薄膜。用氨水、鹽酸添加一定量雙氧水的化學藥液對硅片表面601上和溝槽604內進行 清洗，并以高溫干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合方式在硅片 表面和溝槽604中生長一層氧化硅薄膜(圖6C之606)，之后以氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕方 法去除這層氧化硅薄膜606。5、清洗，氧化，氮化硅生長用氨水、鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片，然后 在高溫下對硅片表面和溝槽內進行干式氧化或者濕式氧化，在硅片表面、溝槽側壁和底 部生長一層氧化硅薄膜，之后，再在高溫下，在氧化硅薄膜之上生長一層氮化硅薄膜。用氨水、鹽酸添加一定量雙氧水的化學藥液對硅片表面601和溝槽604進行清 洗，并在硅片表面601和溝槽604中以高溫干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合方式生長一層較薄的氧化硅薄膜(圖6D之607)，用二氯硅烷、氨氣及其它 一些添加氣體，以低壓化學汽相淀積(LPCVD)方法在氧化硅薄膜607之上生長一層氮化 硅薄膜(圖6D之608)。6、氮化硅干法刻蝕利用四氟化碳、三氟甲烷氣體等離子體對硅片表面、溝 槽底部進行各向異性的干法刻蝕，去除這些地方的氮化硅薄膜，保留側壁上的氮化硅薄 膜，或者，在用干法刻蝕去除硅片表面、溝槽底部的氮化硅薄膜之后，用氫氟酸緩蝕液 濕法腐蝕，完全去除溝槽底部的氧化硅薄膜。利用六氟化硫、三氟甲烷和其它一些添加氣體的混合氣體，或者利用四氟化 碳、三氟甲烷和其它一些添加氣體的混合氣體，對硅片表面601、溝槽604底部選擇性地 進行干法刻蝕(通常是反應離子刻蝕即RIE)，去除這些地方的氮化硅薄膜608，保留側壁 上的氮化硅薄膜608。或者，在用干法刻蝕去除硅片表面601、溝槽604底部的氮化硅薄 膜之后，用氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕完全去除溝槽底部的氧化硅薄膜607。7、清洗，氧化用氨水、鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片，在高溫下對硅片表 面、溝槽內進行干式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合，在硅片表面、溝槽底部生 長一層氧化硅薄膜。用氨水、鹽酸添加一定量雙氧水清洗硅片表面601，并在硅片表面601和溝槽 604中以高溫干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合方式生長一層較 厚的氧化硅薄膜(圖6E之609)。8、氧化硅刻蝕，氮化硅刻蝕，氧化硅刻蝕用氫氟酸緩蝕液，熱磷酸化學藥液 去除氮化硅薄膜表面的氧化硅薄膜、氮化硅薄膜和完全去除溝槽側壁的氧化硅薄膜，在 硅片表面和溝槽底部留下一層氧化硅薄膜。用氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕去除氮化硅薄膜608表面的氧化硅薄膜，用熱磷酸藥 液完全去除氮化硅薄膜608，再用氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕完全去除溝槽側壁的氧化硅薄膜 607，在硅片表面和溝槽底部保留一層氧化硅薄膜。9、清洗，氧化用氨水、鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片，在高溫下對硅片表 面、溝槽內進行干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合，在硅片表 面、溝槽內生長一層氧化硅薄膜。用氨水、鹽酸添加一定量雙氧水清洗硅片表面601，在高溫下對硅片表面601、 溝槽內604進行干式氧化，或者濕式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合，在溝槽側 壁生長一層氧化硅薄膜(圖6F之610)，在硅片表面、溝槽底部原來氧化硅薄膜的基礎上 形成更厚的氧化膜薄膜(圖6F之611)。10、多晶硅淀積高溫下在硅片表面和溝槽內無隙、致密地生長一層摻雜多晶 硅薄膜；或者高溫下在硅片表面和溝槽內無隙、致密地生長一層無摻雜多晶硅薄膜，再 通過離子注入，或者高溫擴散，將雜質導入多晶硅薄膜，形成導電性能好的摻雜多晶硅 薄膜。用硅烷、磷烷和其它一些添加氣體的混合氣體，高溫下以低壓化學汽相淀積 (LPCVD)方法在硅片表面601和溝槽604內無隙、致密地生長一層摻雜多晶硅薄膜(圖 6G之612)；或者利用硅烷和其它一些添加氣體的混合氣體，高溫下以低壓化學汽相淀積 (LPCVD)方法在硅片表面601和溝槽604內無隙、致密地生長一層無摻雜多晶硅薄膜，再通過離子注入，或者利用磷烷和其它一些添加氣體的混合氣體，高溫下將雜質擴散進 入多晶硅薄膜，形成摻雜多晶硅薄膜。11、溝槽外多晶硅去除利用氯氣氣體等離子體干法刻蝕，或者化學機械拋光 將硅片表面的摻雜多晶硅去除，保留溝槽內的摻雜多晶硅薄膜。以氯氣、溴化氫和其它一些添加氣體的混合氣體產生的等離子體，將硅片表面 601的摻雜多晶硅612去除，多晶下氧化硅薄膜611被過刻蝕，但仍具有一定厚度的氧化 硅薄膜(圖6H之613)，保留溝槽604內生長的多晶硅薄膜612，并確保溝槽處硅片表面 的基本平整(614)；或者以化學機械拋光(CMP)的方法對溝槽外摻雜多晶硅薄膜612進 行研磨，去除溝槽外硅片表面601上的摻雜多晶硅薄膜612，留下一定厚度的氧化硅薄膜 613，在溝槽處保持形貌基本平整614。
權利要求
1.一種用于功率器件的溝槽結構，其特征是在硅片(500)上的側壁豎直或者側壁 略微順坡且順坡角度θ =80 90°、底部圓滑的溝槽(501)中有一層選擇生長的底部厚 的氧化硅薄膜(502)和側壁薄的氧化硅薄膜(503)，在溝槽(501)中氧化硅薄膜(503)之 上無隙填充多晶硅薄膜(504)，在溝槽處硅片表面形成無臺階或者形成在1000埃以內的 較小臺階形貌(505)，在溝槽外的硅片表面上留下一層氧化硅薄膜(506)。
2.—種用于功率器件的溝槽結構制造方法，其特征是包括如下步驟(1)、選擇硅片；(2)、掩蔽圖形形成；溝槽刻蝕、去膠或者掩蔽膜去除；(3)、清洗、犧牲氧化、氧化硅刻蝕；(4)、清洗、氧化、氮化硅生長；氮化硅干法刻蝕；(5)、清洗、氧化；氧化硅刻蝕、氮化硅刻蝕、氧化硅刻蝕；(6)、清洗、氧化；(7)、多晶硅淀積；(8)、溝槽多晶硅去除。
3.根據權利要求2所述的用于功率器件的溝槽結構制造方法，其特征是選擇用于 實現溝槽底部、溝槽底部拐角與頂部拐角處生長出比溝槽側壁更厚的氧化硅薄膜的不同 晶向的襯底，或者外延硅片，選擇硅片表面為100面，定位平邊切面也是100面；或者選 擇硅片表面為110面，定位平邊切面是100面；或者選擇硅片表面為111面，定位平邊切 面是110面。
4.根據權利要求2所述的用于功率器件的溝槽結構制造方法，其特征是在硅片 表面涂上一層光刻膠，以曝光、顯影方法在光刻膠上形成所需要的圖形，利用光刻膠做 掩蔽，利用三氟化氮，或者氯氣氣體等離子體對硅片表層進行各向異性的干法刻蝕，形 成溝槽，然后去除光刻膠；或者在硅片表面先生長一層氧化硅做掩蔽薄膜，或者生長一 層氮化硅做掩蔽薄膜，然后利用光刻膠做掩蔽，利用四氟化碳、三氟甲烷氣體等離子體 對掩蔽薄膜進行干法刻蝕，或者利用氫氟酸緩蝕液，或者熱磷酸與氫氟酸緩蝕液組合化 學藥液對掩蔽薄膜進行濕法腐蝕，之后，以光刻膠和掩蔽薄膜作為掩蔽，或者去除光刻 膠，以此圖形的掩蔽薄膜作為掩蔽，利用三氟化氮，或者氯氣氣體等離子體對硅片表層 進行各向異性的干法刻蝕，形成溝槽，然后去除以光刻膠和掩蔽膜做掩蔽的光刻膠和掩 蔽膜，或者去除以掩蔽膜做掩蔽的掩蔽膜。
5.根據權利要求2所述的用于功率器件的溝槽結構制造方法，其特征是用氨水、 鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片，然后在高溫下對硅片表面和溝槽內進行濕式氧化，在 硅片表面、溝槽側壁和底部生長一層氧化硅薄膜，之后，用氫氟酸緩蝕液化學藥液濕法 腐蝕，完全去除本次生長的氧化硅薄膜。
6.根據權利要求2所述的用于功率器件的溝槽制造方法，其特征是用氨水、鹽酸 和雙氧水化學藥液清洗硅片，然后在高溫下對硅片表面和溝槽內進行干式氧化或者濕式 氧化，在硅片表面、溝槽側壁和底部生長一層氧化硅薄膜，之后，再在高溫下，在氧化 硅薄膜之上生長一層氮化硅薄膜，利用四氟化碳、三氟甲烷氣體等離子體對硅片表面、 溝槽底部進行各向異性的干法刻蝕，去除這些地方的氮化硅薄膜，保留側壁上的氮化硅 薄膜，或者，在用干法刻蝕去除硅片表面、溝槽底部的氮化硅薄膜之后，用氫氟酸緩蝕液濕法腐蝕，完全去除溝槽底部的氧化硅薄膜。
7.根據權利要求2所述的用于功率器件的溝槽結構制造方法，其特征是用氨水、 鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片，在高溫下對硅片表面、溝槽內進行干式氧化，或者干 式氧化和濕式氧化的組合，在硅片表面、溝槽底部生長一層氧化硅薄膜，之后，用氫氟 酸緩蝕液，熱磷酸化學藥液去除氮化硅薄膜表面的氧化硅薄膜、氮化硅薄膜和完全去除 溝槽側壁的氧化硅薄膜，在硅片表面和溝槽底部留下一層氧化硅薄膜。
8.根據權利要求2所述的用于功率器件的溝槽結構制造方法，其特征是用氨水、 鹽酸和雙氧水化學藥液清洗硅片，在高溫下對硅片表面、溝槽內進行干式氧化，或者濕 式氧化，或者干式氧化和濕式氧化的組合，在硅片表面、溝槽內生長一層氧化硅薄膜。
9.根據權利要求2所述的用于功率器件的溝槽結構制造方法，其特征是高溫下在 硅片表面和溝槽內無隙、致密地生長一層摻雜多晶硅薄膜；或者高溫下在硅片表面和溝 槽內無隙、致密地生長一層無摻雜多晶硅薄膜，再通過離子注入，或者高溫擴散，將雜 質導入多晶硅薄膜，形成導電性能好的摻雜多晶硅薄膜。
10.根據權利要求2所述的用于功率器件的溝槽結構制造方法，其特征是利用氯氣 氣體等離子體干法刻蝕，或者化學機械拋光將硅片表面的摻雜多晶硅去除，保留溝槽內 的摻雜多晶硅薄膜。
全文摘要
本發明公開了一種用于功率器件的溝槽結構及其制造方法。本發明所公開的溝槽結構具有側壁豎直或略微順坡(θ＝80～90°)、氧化硅薄膜薄，底部圓滑、氧化硅薄膜厚，摻雜多晶無隙填充，界面缺陷消除，溝槽處硅片表面無臺階或者臺階小的特點。該溝槽結構的制造方法是通過干法刻蝕形成溝槽，用氧化工藝去除溝槽表面的缺陷，用氮化硅薄膜形成溝槽側壁，通過選擇氧化、濕法腐蝕和再次氧化，在溝槽內形成底部厚、側壁薄的氧化硅薄膜，之后再無隙填充導電好的多晶硅薄膜，以刻蝕或者化學機械拋光工藝將溝槽外多余的多晶硅薄膜去除，形成溝槽型功率器件所需溝槽結構。該制造方法工藝簡單、穩定，易于實現；制造出的器件具有面積小，電特性性能好等優點。
文檔編號H01L21/28GK102024848SQ20101053158
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月4日 優先權日2010年11月4日
發明者叢培金, 馮春陽, 沈浩平, 趙雁, 陸界江, 饒祖剛, 高景倩 申請人:天津環鑫科技發展有限公司